分享

树形思维(TreeThinking):如何理解系统发生树——第一章第一部分

 kibcat 2024-04-17 发布于美国

写在前面:Tree Thinking: An Introduction to Phylogenetic Biology是一本非常有价值的书籍,尤其是对于从未接触进化生物学和系统发生树相关概念的学生和研究人员。本书主要介绍了树形思维在理解进化和系统发生树中的重要性,内容包括什么是系统发生树?如何理解系统发生树?怎样构建系统发生树?以及对系统发生树构建方法和原理的解读

Image

Book Cover    

本书作者为David A. Baum和Stacey D. Smith。Baum是威斯康辛大学的一位教授,其主要研究方向为植物系统学,系统理论,植物进化发育遗传学;Smith是内布拉斯加大学林肯分校的一位教授,她的主要研究方向为花器官多样性的演化,横跨系统发生学,进化遗传学,比较方法和传粉生态学。作者试图用一种通俗易懂的方式,教会我们理解系统发生复杂方法或理论背后的原理,这体现在作者经常使用打比方和举例子的方式,去解释一些复杂的问题或概念。

Image

David A. Baum    

Image

Stacey D. Smith

如果你是一位有志于从事系统发生与进化研究的初学者,但困惑与该领域复杂的概念和技术方法,同时担心没有很好的资源和老师帮助自己答疑解惑,那么端起这本Tree Thinking绝对能使你获益良多,你将从一开始就学会使用树形思维去认识和理解系统发生和进化,这对你未来在该领域的发展十分重要。该书系统地介绍了系统发生树方方面面的知识和概念,同时作者将复杂原理和概念讲明白的能力非常了得,即使你是一个门外汉也不用担心;我保证,你只需要翻开此书,就立马会被本书的精彩内容所吸引。    

下面展示本书的目录结构。

Image

Image

Image

Image

Image

下面摘选一部分读者的好评和推荐。

Image

Image

Image

X平台用户推荐    

Image

Amazon平台4.9分好评推荐

Image

Image    

Image

Amazon用户评价

好了!就让我们现在开始遨游在系统发生树和进化的海洋中吧!

第一部分 绪论

第一章 系统发生树及其在现代生物学中的意义

系统发生树的重要性

打开任何一本介绍地球上生命进化的书籍或浏览相关的论文,你总是会发现书籍或论文会附有一张像树杈(treelike)一样的描绘生物进化的图片。这些进化树(evolutionary trees)或者说系统发生树(phylogenies,也有翻译成系统发育树)描绘了物种过去的多样化历史。这本书主要讲的就是系统发生树,我将会介绍如下内容:系统发生树是什么?它们是怎样被构建的?它们能告诉我们什么信息?

我撰写本书主要有两个目的。其一,我想要帮助读者培养树形思维(tree-thinking)的习惯。树形思维是能一种能看懂树形的进化树并且能使用树形图交流与分析进化现象的能力。树形思维对于准确地理解进化是十分重要的,同时它也能帮助我们构建生物多样性知识的整体框架。其二,我想要介绍系统发生技术层面的一些内容。当然,我会尽量仔细并清楚地讲明白系统发生技术方面的严谨性和优雅性,而不是落入讨论一些技术方面细节的窠臼。如果把系统发生树比作一辆汽车,我的目标就是教会你如何驾驶它(使用树形思维来结构化你掌握的进化生物学知识),并向你展示引擎内部的情况(相关方法的工作原理)。然而我不指望教会你成为一名机械师。我更希望你去阅读更高阶的书籍,就比如Felsenstein的Inferring Phylogenies (2004)。    

在本章绪论中,我们想让你了解树形思维在纯生物学和应用生物学中深远且广泛的影响。我会用一些案例向你讲述在生物学文献中作为基本要素的树形思维的一些知识。

本书还配有一个网站,该网站拥有一些测试,你可以通过这些测试来评估自己对系统发生树相关知识的掌握情况。当然,每章末尾部分也有相关测试,你同样可以通过这些测试来了解自己在培养树形思维上的进展,并且好好利用它们以更好地理解生物的生化历史。

系统发生树的重要性

当谈到进化时,“进化树”,“系统发生树”,以及“系统发生关系”这样的术语经常交替使用,用来指代分歧的进化历史或以图形来展示进化历史。在现代生物学研究中,系统发生树具有重要意义,这是因为它们可以以以一种简洁的方式向我们展示从共同祖先(common ancestors)到后代(descent)的进化历程。

作为进化的生物产品(生物体,基因,性状),如果我们不是以分支的结构——大概就像一棵活生生的树,它的枝条会分叉,但已分叉的枝条不会重新愈合,那么要准确地理解进化就十分困难。此外,还有其他一些理解和研究进化的模型,比如生命之梯(the ladder of life)和伟大的存在之链(the Great Chain of Being),要不是无效的,要不就是具有误导性的。诚然,树模型过于简单,并不能完整地反映真实情况。然而,来自多种数据(DNA,化石,体态特征)的强有力证据表明,物种的进化历史(基因的进化历史尤其如此)总是表现为进化上谱系的分叉(branching),而之后不会表现出融合(fusion)。进化看起来真的就像一棵树一样。    

考虑到进化历史表现为树形,那么对于生物学家而言,树形思维就是一项很重要的技能。很多学科都要求具有树形思维,从分子生物学到遗传学,发育生物学,再到生态学,莫不如是。未来,在应用研究领域,拥有树形思维将非常重要,就比如追踪疾病,记录对气候变化的响应,以及指导生物保护政策。

从个体到群体再到物种

系统发生树提供了一种很自然的方式,帮助我们去理解生命从个体到物种的连续性。地球上每一个现生生物都有一个或两个直系祖先,并且可能同时存在这些祖先的祖先。因此,设想一下,我们可以穿越时空,循着从祖先到祖先的链条,去追溯任一现生生物的进化历史。

进化论的一个关键观点是,如果我们从两种不同的现生生物(living organisms)出发,往后追溯它们的祖先,这两条线最终将汇合在一起;我们最终将在某种生物那里碰面,即所谓的共同祖先,也就是我们前面讨论的两种现生生物的祖先。我们到达共同祖先的位置要花多长时间则取决于起始生物的选择,但是在所有情况下,我们都能找到共同祖先。如果从两个人出发,我们花很少时间就能找到他们的共同祖先。如果从一个人和一只黑猩猩出发,我们得多花一点时间。如果从一个人和一朵百合出发,那花的时间就更久了。    

共同祖先提供了一种自然的方式,以帮助我们理解不同群体和物种的个体间的联系;树形图也提供了一种自然的方式,帮助我们以图形展示和概述共同祖先。树结构图在不同层面都有很好的效果,比如从单个群体内单个基因的遗传,到近缘物种间的关系,再到差异很大的植物,动物,细菌之间的进化关系。我会在第三章详细地探讨不同水平生物间的联系。

可视化与模拟性状的进化历程

进化中的一个中心概念是性状会随时间推移而发生改变。系统发生树能够允许我们以可视化的方式再现性状的进化历史,并且发现性状进化的一般模式。我们可以设想有这么一个性状,它在生命之树某一枝条上出现,并且成为该枝条上所有后代的共有特征。通过把现生类群和化石类群安排在一个生命之树模型中,我们可以了解该性状起源或丢失的顺序。当我们这样做的时候,某种模式开始变得明显起来。性状可以是最近进化获得的,比如人类祖先口语交流的能力,并且只在一种或少数几种物种中发现具有该能力。相比之下,一些性状很早之前进化出来了,像拥有脊椎,通常许多现生物种(但不是全部)都具有该结构。这样的模式可以通过树形的进化历史来解释。

进化树也允许我们去重现,在一代向下一代传递的过程中,某种性状在进化过程中的变化:从体态特征,像尾巴长度或眼睛颜色,到地理分布和社会行为。重要的是,我们要会区分同源性状(homologous traits)和相似性状(analogous traits)(见第四章)。举个例子,不同哺乳动物的乳腺都十分相似,这是所有的哺乳动物都来自一个共同祖先;但是鸟类,蝙蝠和昆虫的翅是独立进化出来的结构,它们很相似,这是因为它们都是对相同生物学功能的适应。    

未完待续...

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。
    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多